Neuro-Chip von Infineon kann Gedanken lesen. Neue Erkenntnisse in der Hirnforschung erwartet

11.02.2003 | Fachpresse

München, 11. Februar 2003 – Infineon Technologies eröffnet mit einem Biosensor-Chip neue Wege für die Neurowissenschaften. Den Forschern ist es in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut gelungen, die elektrischen Signale von Nervenzellen, den sogenannten Neuronen, in bislang unerreichter Genauigkeit aufzunehmen und zu verarbeiten. Der „Neuro-Chip“ verstärkt die Signale und gibt sie zur Auswertung an ein Computersystem. Wissenschaftler versprechen sich von dieser Innovation vor allem neue Erkenntnisse über den Neuronen-Dschungel im menschlichen Gehirn. Mehr als 100 Milliarden Nervenzellen stehen dort in ständigem Informationsaustausch. Aufschlüsse über deren Funktionsweise und Zusammenwirken könnten ein erster Schritt zur Enträtselung heute unheilbarer Krankheiten des Gehirns sein.

Über 32 Millionen Informationen pro Sekunde


Das Auslesen der Nervenzellen auf dem Chip funktioniert über Sensoren. Diese verstärken und verarbeiten die extrem schwachen elektrischen Signale der aufgebrachten Neuronen (maximal 5 Millivolt). Jede Nervenzelle liegt dabei auf mindestens einem Sensor. Möglich wird dies, weil der Abstand der Sensoren zueinander mit acht Tausendstel Millimetern kleiner ist als der Durchmesser eines Neurons (zehn bis 50 Tausendstel Millimeter). Insgesamt befinden sich 16.384 hochempfindliche Sensoren auf einem Quadratmillimeter Chipfläche, von denen jeder mindestens 2.000 Werte pro Sekunde aufzeichnen kann.

Mit Hilfe dieser Daten können Neurobiologen analysieren, wie ganze Zellverbände oder einzelne Zellen über einen festgelegten Zeitraum auf elektrische Stimulation oder bestimmte Substanzen reagieren. Um beispielsweise die Wechselwirkungen zwischen Zellen verschiedener Hirnareale zu untersuchen, können einzelne Nervenzellen aufgebracht werden und auf der Sensorfläche miteinander zu neuronalen Netzen verwachsen. Das Zellgewebe bleibt unverletzt und kann so über mehrere Wochen am Leben gehalten werden.

Mit dem Neuro-Chip bekommen Wissenschaftler ein lang erhofftes Instrument zur Grundlagenforschung an die Hand. Die störungsfreie Beobachtung von Nervengewebe über einen langen Zeitraum bietet Neurobiologen und Neurochemikern kontinuierlichen Einblick in die Funktionsweise des Gedächtnisses. Durch den Neuro-Chip können neue Erkenntnisse zum Verständnis der Wahrnehmung, der Verarbeitung und Speicherung von Informationen im Gehirn gewonnen werden.

Partnerschaft mit dem Max-Planck-Institut


Erste erfolgreiche Messungen mit dem Neuro-Chip wurden am Max-Planck-Institut in Martinsried bei München an Hirnzellen von Schnecken durchgeführt. Das dortige Team um Professor Peter Fromherz hat die Entwicklungsarbeiten als wissenschaftlicher Projektpartner von Infineon begleitet. "Hier geht ein Traum in Erfüllung, dass unsere langjährige Grundlagenforschung über hybride Neuron-Halbleiter-Systeme nun in einen High-Tech-Chip einmündet. Die Entwicklung des Infineon-Teams auf der Basis modernster Mikroelektronik eröffnet ungeahnte Möglichkeiten für Anwendungen in Biomedizin, Biotechnologie und Hirnforschung“, so Fromherz.

Der jetzt vorgestellte Sensorchip ist Teil eines Gesamtprojekts im Bereich Biotechnologie bei Infineon. Bereits 2002 konnte der Halbleiterhersteller den weltweit ersten Biochip zur elektronischen Analyse von Biomolekülen sowie im Jahr davor einen Chip mit optischem Auswerteverfahren präsentieren.

Über Infineon


Infineon Technologies AG, München, bietet Halbleiter- und Systemlösungen für die Automobil- und Industrieelektronik, für Anwendungen in der drahtgebundenen Kommunikation, sichere Mobilfunk-Lösungen sowie Speicherbauelemente. Infineon ist weltweit tätig und steuert seine Aktivitäten in den USA aus San Jose, Kalifornien, im asiatisch-pazifischen Raum aus Singapur und in Japan aus Tokio. Mit weltweit rund 30.400 Mitarbeitern erzielte Infineon im Geschäftsjahr 2002 (Ende September) einen Umsatz von 5,21 Milliarden Euro. Das DAX-Unternehmen ist in Frankfurt und New York (NYSE) unter dem Symbol „IFX“ notiert. Weitere Informationen unter www.infineon.com.

Informationsnummer

INFCPR200302.042e

Pressefotos

  • The "Neuro-Chip" from Infineon Technologies is connected with a living nerve cell. The Neuro-Chip's 16,384 sensors read the electrical activity of the cell. The typical size of neurons is between 10 - 50 micrometers (1 µm, a thousandth of a millimeter).    Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck  Institute
    The "Neuro-Chip" from Infineon Technologies is connected with a living nerve cell. The Neuro-Chip's 16,384 sensors read the electrical activity of the cell. The typical size of neurons is between 10 - 50 micrometers (1 µm, a thousandth of a millimeter). Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck Institute
    Press Picture

    JPG | 313 kb | 636 x 484 px

  • Microscopic zoom on the Neuro-Chip makes visible the sensor grid of 1 millimeter x 1 millimeter and the circuitry above which enables to record, amplify and process the more than 32 million information bytes presented by the 16,384 sensors on the grid every second.    Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck  Institute
    Microscopic zoom on the Neuro-Chip makes visible the sensor grid of 1 millimeter x 1 millimeter and the circuitry above which enables to record, amplify and process the more than 32 million information bytes presented by the 16,384 sensors on the grid every second. Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck Institute
    Press Picture

    JPG | 441 kb | 1600 x 1200 px

  • The microscope makes visible the sensor array and circuitry of Infineon's Neuro-Chip. Neurons are placed on the sensor array for further studying.     Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck  Institute
    The microscope makes visible the sensor array and circuitry of Infineon's Neuro-Chip. Neurons are placed on the sensor array for further studying. Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck Institute
    Press Picture

    JPG | 1,19 mb | 2272 x 1704 px

  • Infineon's Neuro-Chip records and amplyfies the electrical signals from nerve cells, so-called neurons, and transfers them to a computer system for processing. The data can then be transformed into a color picture for visual analysis. Researchers can detect from this data how complete nerve tissues react to electrical stimulation or certain chemical substances in a given period of time.    Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck  Institute
    Infineon's Neuro-Chip records and amplyfies the electrical signals from nerve cells, so-called neurons, and transfers them to a computer system for processing. The data can then be transformed into a color picture for visual analysis. Researchers can detect from this data how complete nerve tissues react to electrical stimulation or certain chemical substances in a given period of time. Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck Institute
    Press Picture

    JPG | 1,13 mb | 2272 x 1704 px

  • Individual neurons are placed into a nutrient solution above the Neuro-Chip's sensor array, which keeps the neurons alive and allows reconstruction of nerve tissue.    Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck  Institute
    Individual neurons are placed into a nutrient solution above the Neuro-Chip's sensor array, which keeps the neurons alive and allows reconstruction of nerve tissue. Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck Institute
    Press Picture

    JPG | 353 kb | 1600 x 1200 px

  • With 16,384 tiny sensors packed into one square millimeter and surrounded by processing circuits, each of these "Neuro-Chips" will be used to monitor the electrical activity of living nerve cells. Researchers at Infineon Technologies and the Max Planck Institute for Biochemistry developed the technology to gain insight into basic biological functions.    Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck  Institute
    With 16,384 tiny sensors packed into one square millimeter and surrounded by processing circuits, each of these "Neuro-Chips" will be used to monitor the electrical activity of living nerve cells. Researchers at Infineon Technologies and the Max Planck Institute for Biochemistry developed the technology to gain insight into basic biological functions. Press Photo: Infineon Technologies, Max Planck Institute
    Press Picture

    JPG | 377 kb | 1600 x 1200 px